耐高溫鈦合金棒在熱加工中組織的蠕變影響

耐高溫鈦合金，在20世紀50年代開發(fā)出來的一種近a型鈦棒合金，其熱穩(wěn)定溫度可達450度、該合金不僅在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性，高的蠕變性能和優(yōu)良的阻尼性能，而且有較高的高溫抗拉強度。在a或a+P相區(qū)溫度擠壓與在p相區(qū)溫度擠壓相比，金屬流動更均勻。擠壓制品要獲得高的表面質量的困難很大。熱處理對鈦棒及鈦合金棒組織及高溫蠕變性能的影響，對比分析了不同熱處理制度下的室溫力學性能和高溫(425T)蠕變性能及組織特征，為該合金的批量化生產(chǎn)提供一定的理論基礎和熱處理制度參考。

鈦棒及鈦合金棒的熱處理工藝有以下3種：1.固溶處理和時效：目的是為了提高其強度，α鈦合金和穩(wěn)定的β鈦合金不能進行強化熱處理，在生產(chǎn)中只進行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩(wěn)β鈦合金可以通過固溶處理和時效使合金進一步強化。2.消除應力退火：目的是為消除或減少加工過程中產(chǎn)生的殘余應力。防止在一些腐蝕環(huán)境中的化學侵蝕和減少變形。3.完全退火：目的是為了獲得好的韌性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和組織的穩(wěn)定性。

實驗選用經(jīng)三次真空自耗爐熔煉的TA11鈦合金鑄錠，主要化學成分符合專用標準的要求,相變溫度為鑄錠經(jīng)鍛造開坯至35mm,并最終在250軋機軋制成21.5mm的鈦棒，棒材顯微組織為不均勻P基體分布著初生a相。φ250軋機是寶雞市力航鈦業(yè)有限責任公司26mm以下的鈦及鈦合金棒生產(chǎn)的重要設備。該軋機為五機架橫列式軋機，第一、二、三機架為三輥型材軋機，采用傳統(tǒng)斜楔側面固定方式固定乳輥，膠木瓦為滑動軸承。此類軋機輥縫調整是通過固定中輥，調整上下軋輥位置來實現(xiàn)的。中輥固定則由控制中輥軸頸與膠木瓦之間間隙的斜楔控制。其間隙越小，中輥固定越好，受下軋制線軋制力的影響產(chǎn)生的跳動也就越小。但是，這種軸承系統(tǒng)在鈦及鈦合金棒軋制過程中存在如下結構缺陷：
(1)在軋制過程中，為了防止膠木瓦結構發(fā)熱磨損，需要澆注冷卻水對膠木瓦進行冷卻和潤滑，冷水往往會噴濺到軋輥表面上，使得坯料表面溫降很快，特別是乳制鈦及鈦合金時，由于鈦及鈦合金導熱性差，坯料內外溫度相差會更大，不利于坯料的均勻變形，軋制精度得不到保證；
(2)斜楔側面固定方式摩擦阻力大，軋制時的電能消耗也大，即便是采用630kW的電機也會經(jīng)常發(fā)生悶車現(xiàn)象，影響生產(chǎn)。
(3)當中下輥過料時，乳制力對中輥不斷沖擊,使斜楔的防松裝置迅速失效，中輥固定的穩(wěn)定狀態(tài)被破壞；
(4)調整好的孔型，隨著中輥固定穩(wěn)定狀態(tài)被破壞而發(fā)生變化，影響鈦棒材尺寸的穩(wěn)定性，最終影響成品質量。為了滿足穩(wěn)定生產(chǎn)鈦棒的條件,對少φ250軋機的軸承結構進行了改造，鈦及鈦合金棒尺寸穩(wěn)定，外表面質量提高，成品率提高。鈦合金棒經(jīng)雙重熱處理后，其顯微組織為典型的雙態(tài)組織，隨著同溶溫度的升高，冷卻速度的加快，其晶粒有所長大，組織晶粒度得到了改善。隨著固溶溫度的升高，冷卻速度越快，其高溫蠕變性能越好，室溫強度越高，但塑性有所降低。